JPH07161377A - 角形密閉式アルカリ蓄電池とその単位電池 - Google Patents
角形密閉式アルカリ蓄電池とその単位電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気自動車等に使用される比較的大型の角形
密閉式アルカリ蓄電池において、充放電に伴う電極群の
変形を抑制する内部構造とすることにより、寿命特性の
向上を図る。 【構成】 セパレータ３を介して正極板２と負極板１と
を平面方向に交互に重ねて構成した電極群と、アルカリ
電解液とを電槽内部に挿入し、安全弁８を備えた蓋板７
で封口され、極柱５をこの蓋板７に固定することによ
り、電槽内部における極板群の位置を規制した構造と
し、電極群短側面部と電槽内壁との間に一定の距離を設
け、電槽外部長側面部を金属製平板によって拘束したも
のである。
密閉式アルカリ蓄電池において、充放電に伴う電極群の
変形を抑制する内部構造とすることにより、寿命特性の
向上を図る。 【構成】 セパレータ３を介して正極板２と負極板１と
を平面方向に交互に重ねて構成した電極群と、アルカリ
電解液とを電槽内部に挿入し、安全弁８を備えた蓋板７
で封口され、極柱５をこの蓋板７に固定することによ
り、電槽内部における極板群の位置を規制した構造と
し、電極群短側面部と電槽内壁との間に一定の距離を設
け、電槽外部長側面部を金属製平板によって拘束したも
のである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、比較的大型の角形密閉
式アルカリ蓄電池およびこれを集合した単位電池に関す
る。
式アルカリ蓄電池およびこれを集合した単位電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、大型蓄電池は自動車のＳＬＩ用バ
ッテリーや据置き用電池として鉛蓄電池が用いられてい
る。また、小型民生機器用の電源としてはニッケルカド
ミウム蓄電池が用いられ、さらに近年ではエネルギー密
度の点でより優れたニッケル水素蓄電池などのアルカリ
蓄電池が普及してきている。
ッテリーや据置き用電池として鉛蓄電池が用いられてい
る。また、小型民生機器用の電源としてはニッケルカド
ミウム蓄電池が用いられ、さらに近年ではエネルギー密
度の点でより優れたニッケル水素蓄電池などのアルカリ
蓄電池が普及してきている。
【０００３】近年、地球規模の環境破壊が急速に進んで
おり、その要因の一つとして自動車の排出ガスが取り上
げられている。この問題に対処するため、電気自動車の
開発が急速に進められているが、その開発においては電
源の開発が鍵を握っている。
おり、その要因の一つとして自動車の排出ガスが取り上
げられている。この問題に対処するため、電気自動車の
開発が急速に進められているが、その開発においては電
源の開発が鍵を握っている。
【０００４】これらの駆動用電源としては、現在主とし
て鉛蓄電池が使われている。しかしながら、この鉛蓄電
池は単位重量当たりのエネルギー密度が低いため、１充
電走行距離が非常に短い。さらに、この電池は開放形で
あるため補液等の煩雑なメンテナンスが必要である。ま
た、エネルギー密度に優れ１充電走行距離の長いニッケ
ルカドミウム蓄電池やニッケル鉄蓄電池も、電気自動車
用電源として一部で用いられているが、これらの蓄電池
も密閉形ではなく、鉛蓄電池と同様に補液等、煩雑なメ
ンテナンスが必要である。
て鉛蓄電池が使われている。しかしながら、この鉛蓄電
池は単位重量当たりのエネルギー密度が低いため、１充
電走行距離が非常に短い。さらに、この電池は開放形で
あるため補液等の煩雑なメンテナンスが必要である。ま
た、エネルギー密度に優れ１充電走行距離の長いニッケ
ルカドミウム蓄電池やニッケル鉄蓄電池も、電気自動車
用電源として一部で用いられているが、これらの蓄電池
も密閉形ではなく、鉛蓄電池と同様に補液等、煩雑なメ
ンテナンスが必要である。
【０００５】安全性の観点からも、電解液量を必要最小
限とした密閉形電池が望まれている。
限とした密閉形電池が望まれている。
【０００６】一方、密閉形アルカリ蓄電池は、充放電時
に発生するガスによって電池内圧が上昇する為、その密
閉容器には安全弁が設けられているが、この安全弁が作
動して、ガスとともに電解液霧（ミスト）が外部に放出
されると、電解液量の減少により電池容量の低下を来す
ことになる。
に発生するガスによって電池内圧が上昇する為、その密
閉容器には安全弁が設けられているが、この安全弁が作
動して、ガスとともに電解液霧（ミスト）が外部に放出
されると、電解液量の減少により電池容量の低下を来す
ことになる。
【０００７】これらの課題を解決し、１充電走行距離の
向上やメンテナンスフリー化を実現するために、高エネ
ルギー密度で完全密閉式の新しい蓄電池の開発が重要で
ある。
向上やメンテナンスフリー化を実現するために、高エネ
ルギー密度で完全密閉式の新しい蓄電池の開発が重要で
ある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の蓄電池は、充放
電を施すと電極の膨脹収縮を伴う。そしてその構造が角
形密閉構造であると、電極群短側面部及び底面部と電槽
内壁との間に空間的余裕が無い場合、膨脹した電極群が
電槽壁によって圧迫されることにより極板群に変形が生
じ、向かい合う極板同士の距離が一定でなくなり、一部
では活物質の脱落等も発生した。
電を施すと電極の膨脹収縮を伴う。そしてその構造が角
形密閉構造であると、電極群短側面部及び底面部と電槽
内壁との間に空間的余裕が無い場合、膨脹した電極群が
電槽壁によって圧迫されることにより極板群に変形が生
じ、向かい合う極板同士の距離が一定でなくなり、一部
では活物質の脱落等も発生した。
【０００９】そのため電極反応が不均一となって活物質
の有効利用ができなくなり、放電容量の低下、充電時の
電池内圧力の上昇や内部短絡の恐れがあった。また電極
群を収容した電槽内部に全く空間が無い場合は、所定量
の電解液を迅速に注入することが困難であり、さらに注
入する電解液量がニッケル正極の反応容量に対して不足
する場合にはその利用率及びサイクル寿命は低下する。
反対に電解液量が多過ぎる場合には過充電時に正極から
発生する酸素ガスの負極での吸収反応が阻害され、安全
弁からガスとともに電解液霧が漏れ出てサイクル寿命が
低下した。
の有効利用ができなくなり、放電容量の低下、充電時の
電池内圧力の上昇や内部短絡の恐れがあった。また電極
群を収容した電槽内部に全く空間が無い場合は、所定量
の電解液を迅速に注入することが困難であり、さらに注
入する電解液量がニッケル正極の反応容量に対して不足
する場合にはその利用率及びサイクル寿命は低下する。
反対に電解液量が多過ぎる場合には過充電時に正極から
発生する酸素ガスの負極での吸収反応が阻害され、安全
弁からガスとともに電解液霧が漏れ出てサイクル寿命が
低下した。
【００１０】通常、電極群は平板状極板を重ねて構成さ
れるため、バンド等による拘束をしない場合、電槽へ挿
入する際の作業性が低かった。一方、電極群の膨脹は、
拘束されていないかまたは拘束の弱い極板下方向に顕著
である為、極板を覆う袋状セパレータの下部長さに余裕
が無く、さらにセパレータ下部を溶着等によって閉じた
構造とした場合、膨脹した極板によってセパレータ下部
が破断され、同様に活物質の電槽内底部への脱落、内部
短絡等が懸念された。
れるため、バンド等による拘束をしない場合、電槽へ挿
入する際の作業性が低かった。一方、電極群の膨脹は、
拘束されていないかまたは拘束の弱い極板下方向に顕著
である為、極板を覆う袋状セパレータの下部長さに余裕
が無く、さらにセパレータ下部を溶着等によって閉じた
構造とした場合、膨脹した極板によってセパレータ下部
が破断され、同様に活物質の電槽内底部への脱落、内部
短絡等が懸念された。
【００１１】またセパレータによって極板上部までを完
全に覆った場合は、充放電時に発生するガスがセパレー
タ内部に蓄積され、ガス圧力が高まって電池破裂の恐れ
があった。さらに合成樹脂製電槽を用いた場合、極板群
が電槽の長側面方向へと膨脹した際、電槽自体の変形を
引き起こし、結果的に電極群短側面部と電槽内壁との間
に設けられた空間的余裕を無くすことになる。
全に覆った場合は、充放電時に発生するガスがセパレー
タ内部に蓄積され、ガス圧力が高まって電池破裂の恐れ
があった。さらに合成樹脂製電槽を用いた場合、極板群
が電槽の長側面方向へと膨脹した際、電槽自体の変形を
引き起こし、結果的に電極群短側面部と電槽内壁との間
に設けられた空間的余裕を無くすことになる。
【００１２】本発明は電池内部において、このような電
極群の短側面方向への変形を許容し、また電極群の電槽
長側面方向への膨脹を抑制する構造とすることによっ
て、均一な電極反応の維持を図り、さらに適切な量の電
解液を迅速に電槽内へ注入することによって寿命特性及
び安全性に優れた密閉式アルカリ蓄電池を提供すること
を目的とする。
極群の短側面方向への変形を許容し、また電極群の電槽
長側面方向への膨脹を抑制する構造とすることによっ
て、均一な電極反応の維持を図り、さらに適切な量の電
解液を迅速に電槽内へ注入することによって寿命特性及
び安全性に優れた密閉式アルカリ蓄電池を提供すること
を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の角形密閉式アルカリ蓄電池は、セパレー
タを介して正極板と負極板とをその平面方向に交互に重
ね、さらに少なくとも一か所以上をバンドにより縛って
構成した電極群と、正極利用率を維持しつつ過充電時に
おけるガス吸収反応を妨げないような適切な量のアルカ
リ電解液とが電槽内部に挿入され、この電槽は安全弁を
備えた蓋で封口された角形密閉式アルカリ蓄電池であっ
て、電極群上部に取りつけられた極柱部を蓋に固定する
ことにより、電極群と電槽内側壁、及び底部との間に適
当な距離を設けることを可能にし、膨脹する電極群の変
形をこの空間部において吸収することを特徴とする。
めに、本発明の角形密閉式アルカリ蓄電池は、セパレー
タを介して正極板と負極板とをその平面方向に交互に重
ね、さらに少なくとも一か所以上をバンドにより縛って
構成した電極群と、正極利用率を維持しつつ過充電時に
おけるガス吸収反応を妨げないような適切な量のアルカ
リ電解液とが電槽内部に挿入され、この電槽は安全弁を
備えた蓋で封口された角形密閉式アルカリ蓄電池であっ
て、電極群上部に取りつけられた極柱部を蓋に固定する
ことにより、電極群と電槽内側壁、及び底部との間に適
当な距離を設けることを可能にし、膨脹する電極群の変
形をこの空間部において吸収することを特徴とする。
【００１４】さらに極板を包む袋状セパレータの下部の
長さに余裕をもたせ、またセパレータ下部を溶着せず単
に折りまげた構造とすることにより、極板の変形、及び
極板の下方向への膨脹によるセパレータ底部の破断を防
止して、蓄電池の寿命特性を向上させるものである。ま
たこの極板を覆うセパレータの上部については、その少
なくとも一部分を未接続構造とすることによって充放電
時に発生するガスの抜け出し道を確保し、ガス圧上昇に
よる電池破裂等の危険回避を図るものである。
長さに余裕をもたせ、またセパレータ下部を溶着せず単
に折りまげた構造とすることにより、極板の変形、及び
極板の下方向への膨脹によるセパレータ底部の破断を防
止して、蓄電池の寿命特性を向上させるものである。ま
たこの極板を覆うセパレータの上部については、その少
なくとも一部分を未接続構造とすることによって充放電
時に発生するガスの抜け出し道を確保し、ガス圧上昇に
よる電池破裂等の危険回避を図るものである。
【００１５】また本発明では角形密閉式アルカリ蓄電池
からなる単電池の個々、あるいはその複数個を接続した
単位電池において、電槽外部長側面部の全面もしくは一
部分を、バンド例えば金属製平板を用いて電槽幅が変化
しない程度に拘束することにより、電極群の長側面方向
への膨脹による電槽の変形を抑制し、電極群短側面部と
電槽内壁との間に設けた空間を維持するものである。
からなる単電池の個々、あるいはその複数個を接続した
単位電池において、電槽外部長側面部の全面もしくは一
部分を、バンド例えば金属製平板を用いて電槽幅が変化
しない程度に拘束することにより、電極群の長側面方向
への膨脹による電槽の変形を抑制し、電極群短側面部と
電槽内壁との間に設けた空間を維持するものである。
【００１６】
【作用】本発明の密閉式アルカリ電池では、セパレータ
を介して正極板と負極板とがそれぞれ複数枚交互に並ん
で構成された電極群の膨脹によるその短側面方向への変
形を許容し、電極群の長側面方向への膨脹は抑制する構
造をとり、またセパレータの下部破断および変形をも抑
制することにより、極板間の近接状態が維持されて電極
反応の均一性が保てる。さらに活物質の脱落および内部
短絡が抑えられることにより、充放電サイクル経過に伴
う正極利用率の低下および電池内圧力の上昇が抑制され
る。また、極板間の空間が減少することにより、熱伝導
がよくなって充電時の蓄熱が押さえられるために発熱速
度が押さえられ、酸素過電圧に達する時間を遅らすこと
ができ、電池内圧の上昇抑制、および充電効率の向上が
図られる。また電槽内に電解液量を過不足なく注入する
ことにより、正極利用率の低下や安全弁作動による漏液
等も生じない。以上のことがあいまって活物質の利用率
が高く、寿命特性に優れた密閉式アルカリ蓄電池を提供
することができる。
を介して正極板と負極板とがそれぞれ複数枚交互に並ん
で構成された電極群の膨脹によるその短側面方向への変
形を許容し、電極群の長側面方向への膨脹は抑制する構
造をとり、またセパレータの下部破断および変形をも抑
制することにより、極板間の近接状態が維持されて電極
反応の均一性が保てる。さらに活物質の脱落および内部
短絡が抑えられることにより、充放電サイクル経過に伴
う正極利用率の低下および電池内圧力の上昇が抑制され
る。また、極板間の空間が減少することにより、熱伝導
がよくなって充電時の蓄熱が押さえられるために発熱速
度が押さえられ、酸素過電圧に達する時間を遅らすこと
ができ、電池内圧の上昇抑制、および充電効率の向上が
図られる。また電槽内に電解液量を過不足なく注入する
ことにより、正極利用率の低下や安全弁作動による漏液
等も生じない。以上のことがあいまって活物質の利用率
が高く、寿命特性に優れた密閉式アルカリ蓄電池を提供
することができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照にしなが
ら説明する。
ら説明する。
【００１８】（実施例１）図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
に本発明で用いた角形密閉式アルカリ蓄電池の構造を示
す。図１において１はＭｍＮｉ5を主成分とする水素吸
蔵合金を発泡状のニッケル多孔体からなる芯材内に充填
するか、あるいは平板状芯材の両面または片面に水素吸
蔵合金を主成分とするペーストを塗着した負極板、２は
水酸化ニッケルを主成分とする粉末を発泡状のニッケル
多孔体からなる芯材内に充填した正極板、３は親水化処
理を施したポリプロピレン製セパレータである。これら
の正・負極板をそれぞれセパレータで包み、正極板１２
枚と負極板１３枚を交互に重ね合わせて電極群を構成し
た。
に本発明で用いた角形密閉式アルカリ蓄電池の構造を示
す。図１において１はＭｍＮｉ5を主成分とする水素吸
蔵合金を発泡状のニッケル多孔体からなる芯材内に充填
するか、あるいは平板状芯材の両面または片面に水素吸
蔵合金を主成分とするペーストを塗着した負極板、２は
水酸化ニッケルを主成分とする粉末を発泡状のニッケル
多孔体からなる芯材内に充填した正極板、３は親水化処
理を施したポリプロピレン製セパレータである。これら
の正・負極板をそれぞれセパレータで包み、正極板１２
枚と負極板１３枚を交互に重ね合わせて電極群を構成し
た。
【００１９】セパレータ３は極板下部に当たる部分はＵ
字状に折りまげ、左右両側端部を溶着により閉じた袋状
のものを用い、上部については一部分のみを接着した。
また、極板縦長さをｔ4とし、セパレータの縦長さをｔ3
とした場合で、ｔ3／ｔ4＝１．０１の寸法関係とした。
なお電極群の厚みは、電槽内寸法に対して９５％となる
ように作製した。この電池は正極で容量が規制され、電
池容量は１００Ａｈである。４はニッケル製集電体、５
は極柱、６はポリプロピレン製の電槽、７はポリプロピ
レン製の蓋、８は安全弁（作動圧力２〜３kg／cm2）、
９は極柱を電槽蓋部に固定する部品である。電解液は水
酸化カリウムを主成分とするアルカリ水溶液を用い、１
７０cm3を注入した。電槽の外寸法は縦３５×横１２０
×高さ１９６mmであり、極板寸法は電槽の高さ方向に１
５４mm、横方向に１０８mmのものを使用した。電槽内部
底面と極板群底部との距離を、ｔ1とし、ｔ1＝２（mm）
であり、また電槽内部短側面部と極板群短側面部との距
離をｔ2とし、ｔ2＝１（mm）とした。このようにして作
製した単電池を、電槽長側面部から厚さ８mmのアルミニ
ウム製補強用平板１０と鉄製のバンド１１を用いて、電
槽幅が変化しない程度に拘束し、充放電を行った。環境
温度は２５℃とした。放電容量試験は、１０Ａで１２時
間充電を行い、１時間の休止後、２０Ａで端子電圧が１
Ｖとなるまで放電し、放電容量はその電圧に至るまでの
時間を用いて計算し、正極の利用率として表した。サイ
クル寿命試験は、放電容量試験と同じ条件を繰り返すこ
とにより行った。
字状に折りまげ、左右両側端部を溶着により閉じた袋状
のものを用い、上部については一部分のみを接着した。
また、極板縦長さをｔ4とし、セパレータの縦長さをｔ3
とした場合で、ｔ3／ｔ4＝１．０１の寸法関係とした。
なお電極群の厚みは、電槽内寸法に対して９５％となる
ように作製した。この電池は正極で容量が規制され、電
池容量は１００Ａｈである。４はニッケル製集電体、５
は極柱、６はポリプロピレン製の電槽、７はポリプロピ
レン製の蓋、８は安全弁（作動圧力２〜３kg／cm2）、
９は極柱を電槽蓋部に固定する部品である。電解液は水
酸化カリウムを主成分とするアルカリ水溶液を用い、１
７０cm3を注入した。電槽の外寸法は縦３５×横１２０
×高さ１９６mmであり、極板寸法は電槽の高さ方向に１
５４mm、横方向に１０８mmのものを使用した。電槽内部
底面と極板群底部との距離を、ｔ1とし、ｔ1＝２（mm）
であり、また電槽内部短側面部と極板群短側面部との距
離をｔ2とし、ｔ2＝１（mm）とした。このようにして作
製した単電池を、電槽長側面部から厚さ８mmのアルミニ
ウム製補強用平板１０と鉄製のバンド１１を用いて、電
槽幅が変化しない程度に拘束し、充放電を行った。環境
温度は２５℃とした。放電容量試験は、１０Ａで１２時
間充電を行い、１時間の休止後、２０Ａで端子電圧が１
Ｖとなるまで放電し、放電容量はその電圧に至るまでの
時間を用いて計算し、正極の利用率として表した。サイ
クル寿命試験は、放電容量試験と同じ条件を繰り返すこ
とにより行った。
【００２０】比較例としてｔ1からｔ4の値を個別に変化
させた単電池を試作した。その際、ｔ1の値については
極板群上部極柱の電槽蓋部への固定位置を上下に移動さ
せることにより変化させ、ｔ2については極板横寸法の
変更により、ｔ3／ｔ4の値についてはセパレータ寸法は
一定とし、極板縦寸法の変更により変化させた。また袋
状セパレータの閉じ方、及び電槽の外部拘束の有無につ
いても比較を行った。（表１）に比較例の一覧を示す。
させた単電池を試作した。その際、ｔ1の値については
極板群上部極柱の電槽蓋部への固定位置を上下に移動さ
せることにより変化させ、ｔ2については極板横寸法の
変更により、ｔ3／ｔ4の値についてはセパレータ寸法は
一定とし、極板縦寸法の変更により変化させた。また袋
状セパレータの閉じ方、及び電槽の外部拘束の有無につ
いても比較を行った。（表１）に比較例の一覧を示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】図２の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に、正極利
用率と充電時電池内圧力の充放電サイクル経過に伴う変
化を示す。電槽内壁と極板群短側面部との距離がサイク
ル寿命特性に及ぼす影響について図２（Ａ）に示す。こ
の図から明らかなように、本発明の電池においては正極
利用率９６％の値が得られ、１００サイクルの充放電を
繰り返した後も同等の正極利用率を示した。これに対し
比較例１、２より、ｔ 1の値を小さくするに従い、サイ
クル経過に伴って正極利用率が低下した。充電時の電池
内圧力のサイクル変化においても、ｔ1の値を小さくす
ることによりサイクル経過とともに上昇した。また比較
例３から、ｔ2の値を１mmより小さくした場合にもサイ
クル経過に伴う寿命特性の低下がみられた。いずれの場
合も、膨脹した極板が電槽内壁によって押し戻されたこ
とにより極板群に歪みが生じ、円滑な電極反応が阻害さ
れ、充放電効率が低下したために正極利用率の低下、及
び電池内圧の上昇が起こったと考えられる。従って充放
電に伴う極板の膨脹を許容し、寿命特性を改善するに
は、本発明の通りｔ1≧２、ｔ2≧１とすることが必要で
ある。
用率と充電時電池内圧力の充放電サイクル経過に伴う変
化を示す。電槽内壁と極板群短側面部との距離がサイク
ル寿命特性に及ぼす影響について図２（Ａ）に示す。こ
の図から明らかなように、本発明の電池においては正極
利用率９６％の値が得られ、１００サイクルの充放電を
繰り返した後も同等の正極利用率を示した。これに対し
比較例１、２より、ｔ 1の値を小さくするに従い、サイ
クル経過に伴って正極利用率が低下した。充電時の電池
内圧力のサイクル変化においても、ｔ1の値を小さくす
ることによりサイクル経過とともに上昇した。また比較
例３から、ｔ2の値を１mmより小さくした場合にもサイ
クル経過に伴う寿命特性の低下がみられた。いずれの場
合も、膨脹した極板が電槽内壁によって押し戻されたこ
とにより極板群に歪みが生じ、円滑な電極反応が阻害さ
れ、充放電効率が低下したために正極利用率の低下、及
び電池内圧の上昇が起こったと考えられる。従って充放
電に伴う極板の膨脹を許容し、寿命特性を改善するに
は、本発明の通りｔ1≧２、ｔ2≧１とすることが必要で
ある。
【００２３】次にセパレータ構造の違いがサイクル寿命
特性に及ぼす影響について、図２(Ｂ)に示す。比較例４
の極板下部のセパレータ長に余裕を無くした場合には、
充放電サイクルに伴い、正極利用率の低下、及び電池内
圧力の上昇が認められたが、ｔ3／ｔ4≧１．０１とすれ
ば正極利用率の低下を抑制するには十分であった。この
場合においても充放電を繰り返すことによる極板の膨脹
が起こるため、膨脹を許容するに十分な空間を、セパレ
ータ下部にあらかじめ設けていない場合、膨脹した極板
短側面が袋状セパレータの下部に押し返され、その結
果、極板に折れ、曲がり等が生じる。よって極板間の近
接状態が維持されなくなり、均一な電極反応が阻害され
たために放電容量の低下、電池内圧力の上昇がおきたと
考えられる。
特性に及ぼす影響について、図２(Ｂ)に示す。比較例４
の極板下部のセパレータ長に余裕を無くした場合には、
充放電サイクルに伴い、正極利用率の低下、及び電池内
圧力の上昇が認められたが、ｔ3／ｔ4≧１．０１とすれ
ば正極利用率の低下を抑制するには十分であった。この
場合においても充放電を繰り返すことによる極板の膨脹
が起こるため、膨脹を許容するに十分な空間を、セパレ
ータ下部にあらかじめ設けていない場合、膨脹した極板
短側面が袋状セパレータの下部に押し返され、その結
果、極板に折れ、曲がり等が生じる。よって極板間の近
接状態が維持されなくなり、均一な電極反応が阻害され
たために放電容量の低下、電池内圧力の上昇がおきたと
考えられる。
【００２４】一方、過剰な空間を設けた場合には、極板
活物質の充填量が減少するため、公称容量を確保できな
くなる。極板の伸びを考慮し、ｔ1の上限を１０mm、ｔ2
を５mm、ｔ3／ｔ4を１．０５とした。
活物質の充填量が減少するため、公称容量を確保できな
くなる。極板の伸びを考慮し、ｔ1の上限を１０mm、ｔ2
を５mm、ｔ3／ｔ4を１．０５とした。
【００２５】比較例５は、袋状セパレータの下部が溶着
によって閉じられ、さらにｔ3／ｔ4を１．００とした構
造である。図２（Ｂ）に示すように、サイクル寿命試験
において大幅な正極利用率の低下が見られた。これは縦
方向に膨脹した極板によってセパレータ下部が切断さ
れ、電池の内部短絡が生じたためと考えられる。
によって閉じられ、さらにｔ3／ｔ4を１．００とした構
造である。図２（Ｂ）に示すように、サイクル寿命試験
において大幅な正極利用率の低下が見られた。これは縦
方向に膨脹した極板によってセパレータ下部が切断さ
れ、電池の内部短絡が生じたためと考えられる。
【００２６】比較例６は、セパレータ上部をすべて閉じ
た構造とした場合であるが、サイクル経過とともに正極
利用率の低下が認められた。これは充電時に極板で発生
したガスが、セパレータ内部に蓄積されることによって
極板群に歪みが生じ、充電効率が低下したと考えられ
る。
た構造とした場合であるが、サイクル経過とともに正極
利用率の低下が認められた。これは充電時に極板で発生
したガスが、セパレータ内部に蓄積されることによって
極板群に歪みが生じ、充電効率が低下したと考えられ
る。
【００２７】図２（Ｃ）に、比較例７の電槽を外部から
金属製平板により拘束することなく充放電を行った場合
について、そのサイクル寿命特性を示す。樹脂製電槽を
用いているため、この場合には充放電の繰り返しによ
り、電槽は、その長側面方向へと大きく膨張した。その
ため極板群が、その短側面方向から電槽内壁により圧迫
されることによって歪みを生じ、さらに正負極の芯材と
活物質との接触面積が低下したために電池の充放電効率
が低下した。従って電槽長側面部を、外部から電槽の膨
脹を抑制する程度に拘束することが必要である。
金属製平板により拘束することなく充放電を行った場合
について、そのサイクル寿命特性を示す。樹脂製電槽を
用いているため、この場合には充放電の繰り返しによ
り、電槽は、その長側面方向へと大きく膨張した。その
ため極板群が、その短側面方向から電槽内壁により圧迫
されることによって歪みを生じ、さらに正負極の芯材と
活物質との接触面積が低下したために電池の充放電効率
が低下した。従って電槽長側面部を、外部から電槽の膨
脹を抑制する程度に拘束することが必要である。
【００２８】（実施例２）実施例１の密閉式アルカリ蓄
電池の単電池を用い、電解液量を変化させて実施例１と
同様な電池を作成し、これらの電池を用いて実施例１と
同じ充放電条件においてサイクル寿命試験を行った結果
を（表２）に示す。なおサイクル寿命試験は、正極利用
率が初期値の６０％となった時点で終了した。
電池の単電池を用い、電解液量を変化させて実施例１と
同様な電池を作成し、これらの電池を用いて実施例１と
同じ充放電条件においてサイクル寿命試験を行った結果
を（表２）に示す。なおサイクル寿命試験は、正極利用
率が初期値の６０％となった時点で終了した。
【００２９】
【表２】
【００３０】電解液量が１３０cm3であるNo.1の電池
は、初期利用率およびサイクル寿命とともに低い。これ
は充放電サイクルを繰り返すことによりニッケル正極が
膨潤して電解液を吸収してしまい、負極に十分な電解液
が行き渡らなくなったために負極の水素吸蔵合金の劣化
を早めたものと考えられる。また電解液量が２１０cm3
であるNo.６の電池は、初期利用率の面では最も良好で
あるが、サイクル寿命が電解液量２００cm3の場合と比較
して大きく低下している。これは電解液量が多量である
ために過充電時に正極から発生する酸素ガスの負極での
吸収反応が阻害されることにより電池内圧力の上昇を招
き、遂には安全弁からの電解液の漏液が発生したために
サイクル寿命が低下したと考えられる。No.３からNo.５
の電池のサイクル寿命試験の結果は良好である。電池容
量は１００Ａｈであるため、以上の結果、電解液量は
１．５から２．０cm3／Ａｈ（電池容量）であることが
望ましい。
は、初期利用率およびサイクル寿命とともに低い。これ
は充放電サイクルを繰り返すことによりニッケル正極が
膨潤して電解液を吸収してしまい、負極に十分な電解液
が行き渡らなくなったために負極の水素吸蔵合金の劣化
を早めたものと考えられる。また電解液量が２１０cm3
であるNo.６の電池は、初期利用率の面では最も良好で
あるが、サイクル寿命が電解液量２００cm3の場合と比較
して大きく低下している。これは電解液量が多量である
ために過充電時に正極から発生する酸素ガスの負極での
吸収反応が阻害されることにより電池内圧力の上昇を招
き、遂には安全弁からの電解液の漏液が発生したために
サイクル寿命が低下したと考えられる。No.３からNo.５
の電池のサイクル寿命試験の結果は良好である。電池容
量は１００Ａｈであるため、以上の結果、電解液量は
１．５から２．０cm3／Ａｈ（電池容量）であることが
望ましい。
【００３１】（実施例３）実施例１の密閉式アルカリ蓄
電池の単電池を用い、ｔ1mmおよびｔ2mmの値が異なる実
施例１と同様な電池を作成し、これらの電池を用いて電
解液の注液操作を一度ずつ行った結果を（表３）に示
す。この場合、電解液量は１７０cm3および１８０cm3と
した。
電池の単電池を用い、ｔ1mmおよびｔ2mmの値が異なる実
施例１と同様な電池を作成し、これらの電池を用いて電
解液の注液操作を一度ずつ行った結果を（表３）に示
す。この場合、電解液量は１７０cm3および１８０cm3と
した。
【００３２】
【表３】
【００３３】本発明に従い、ｔ1を２mm、ｔ2を１mmと
し、電槽内部に適度な空間を設けたNo.７および１１の
電池では注液量に依存せず、一度の注液操作により所定
量の電解液を注液することが可能であった。一方、電極
群と電槽内壁との空間を小さくするに従い、電池に注液
されない量の増加することがわかる。電池は充放電を行
うことによって極板の膨脹が生じるため、その極板の膨
脹分を見越し、初充電前の段階において若干過剰な量を
注液する必要がある。従って本発明の通り電槽内部に設
けた空間に一度電解液を保持しておき、次いで電極群に
電解液が浸透してゆく構造を採ることが必要である。
し、電槽内部に適度な空間を設けたNo.７および１１の
電池では注液量に依存せず、一度の注液操作により所定
量の電解液を注液することが可能であった。一方、電極
群と電槽内壁との空間を小さくするに従い、電池に注液
されない量の増加することがわかる。電池は充放電を行
うことによって極板の膨脹が生じるため、その極板の膨
脹分を見越し、初充電前の段階において若干過剰な量を
注液する必要がある。従って本発明の通り電槽内部に設
けた空間に一度電解液を保持しておき、次いで電極群に
電解液が浸透してゆく構造を採ることが必要である。
【００３４】（実施例４）実施例１の密閉式アルカリ蓄
電池の単電池を用い、作動圧力の異なる安全弁を装着し
た実施例１と同様な電池を作成し、これらの電池を用い
て実施例１と同じ充放電条件においてサイクル寿命試験
を行った結果を（表４）に示す。
電池の単電池を用い、作動圧力の異なる安全弁を装着し
た実施例１と同様な電池を作成し、これらの電池を用い
て実施例１と同じ充放電条件においてサイクル寿命試験
を行った結果を（表４）に示す。
【００３５】
【表４】
【００３６】安全弁作動圧力が０．０５ＭＰａであるN
o.１２および同０．１ＭＰａであるNo.１３の電池は、
過充電領域に入った途端に安全弁が作動するために十分
な充電を行うことが出来ず利用率は低い値を示し、また
電解液が頻繁に漏液するためにサイクル寿命も低下し
た。安全弁作動圧力が０．６ＭＰａと高いNo.１６の電
池の場合には、充電時の電池内部圧力が通常より上昇し
た場合にも弁作動を起こさないため、過度の圧力により
電極群に変形が生じる。そのため電極群内部に空間が生
じて充放電反応が不均一となり正極利用率が低下したと
考えられる。以上の結果より、安全弁作動圧力は０．２
から０．５ＭＰａであることが望ましい。
o.１２および同０．１ＭＰａであるNo.１３の電池は、
過充電領域に入った途端に安全弁が作動するために十分
な充電を行うことが出来ず利用率は低い値を示し、また
電解液が頻繁に漏液するためにサイクル寿命も低下し
た。安全弁作動圧力が０．６ＭＰａと高いNo.１６の電
池の場合には、充電時の電池内部圧力が通常より上昇し
た場合にも弁作動を起こさないため、過度の圧力により
電極群に変形が生じる。そのため電極群内部に空間が生
じて充放電反応が不均一となり正極利用率が低下したと
考えられる。以上の結果より、安全弁作動圧力は０．２
から０．５ＭＰａであることが望ましい。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば均一な電
極反応が維持され、活物質利用率が高く、寿命特性に優
れ、また安全性の高い密閉式アルカリ蓄電池を提供する
ことができる。
極反応が維持され、活物質利用率が高く、寿命特性に優
れ、また安全性の高い密閉式アルカリ蓄電池を提供する
ことができる。
【図１】（Ａ） 本発明の実施例における角形密閉式ア
ルカリ蓄電池の内部正面図 （Ｂ） 本発明の実施例における角形密閉式アルカリ蓄
電池の内部側面図 （Ｃ） 本発明の実施例における角形密閉式アルカリ蓄
電池の外部側面図
ルカリ蓄電池の内部正面図 （Ｂ） 本発明の実施例における角形密閉式アルカリ蓄
電池の内部側面図 （Ｃ） 本発明の実施例における角形密閉式アルカリ蓄
電池の外部側面図
【図２】（Ａ） 電極群短側面部と電槽内壁との距離
が、充放電サイクル寿命特性に及ぼす影響を示す図 （Ｂ） 袋状セパレータの接続方法及び極板との寸法比
が、充放電サイクル寿命特性に及ぼす影響を示す図 （Ｃ） 電槽外部長側面部の金属製平板による拘束の有
無が、充放電サイクル寿命特性に及ぼす影響を示す図
が、充放電サイクル寿命特性に及ぼす影響を示す図 （Ｂ） 袋状セパレータの接続方法及び極板との寸法比
が、充放電サイクル寿命特性に及ぼす影響を示す図 （Ｃ） 電槽外部長側面部の金属製平板による拘束の有
無が、充放電サイクル寿命特性に及ぼす影響を示す図
１ 負極板 ２ 正極板 ３ ポリプロピレン製セパレータ ４ 集電体 ５ 極柱 ６ ポリプロピレン製ケース ７ ポリプロピレン製蓋板 ８ 安全弁 ９ 極柱固定部品 １０ 金属製補強用平板 １１ 鉄製連結バンド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生駒 宗久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (10)
- 【請求項１】セパレータを介して正極板と負極板とを交
互に重ねて構成した電極群とアルカリ電解液とを内部に
収容し、安全弁を備えた蓋で封口された電槽をもつ角形
密閉式アルカリ蓄電池であって、 極板群の上部に取りつけた極柱部を蓋部に固定すること
により極板群の電槽内部における位置を規制し、電極群
の下部及び短側面部と電槽内壁との間に空間を設け、電
槽内のアルカリ電解液の液量を１．５から２．０cm3／
電池容量１Ａｈとしたことを特徴とする角形密閉式アル
カリ蓄電池。 - 【請求項２】電極群下部と電槽内底面との距離ｔ1(mm)
は、２≦ｔ1＜１０の関係にあり、電極群短側面部とこ
れに対向する電槽内壁との距離ｔ2(mm)は、１≦ｔ2＜５
の関係にある請求項１記載の角形密閉式アルカリ蓄電
池。 - 【請求項３】正極板、負極板のうちのいずれか一方、も
しくは両方の極板の下部はセパレータにより覆われてい
る請求項１記載の角形密閉式アルカリ蓄電池。 - 【請求項４】極板下部はセパレータを折りまげることに
より覆われている請求項３記載の角形密閉式アルカリ蓄
電池。 - 【請求項５】セパレータが極板上部を覆う部分は、少な
くとも一部分に未接続部を有する構造である請求項１記
載の角形密閉式アルカリ蓄電池。 - 【請求項６】セパレータは極板下部よりも外方へ延出し
た構造を有し、このセパレータの縦方向長さをｔ3、極
板の縦方向長さをｔ4とした時、１０１≦ｔ3／ｔ4≦１
０５（％）の関係にある請求項１記載の角形密閉式アル
カリ蓄電池。 - 【請求項７】ニッケル酸化物を主体とする正極板と、電
気化学的に水素の吸蔵放出が可能な水素吸蔵合金からな
る負極板を備えた請求項１記載の角形密閉式アルカリ蓄
電池。 - 【請求項８】電極群はバンドにより縛られている請求項
１記載の角形密閉式アルカリ蓄電池。 - 【請求項９】安全弁の作動圧力が０．２〜０．５ＭＰａ
である請求項１記載の角形密閉式アルカリ蓄電池。 - 【請求項１０】セパレータを介して正極板と負極板とを
交互に重ねて構成した電極群とアルカリ電解液とが内部
に挿入され、安全弁を備えた蓋で封口された電槽をも
ち、極板群の上部に取りつけられた極柱部を蓋に固定す
ることにより極板群の電槽内部における位置を規制して
電極群の下部及び短側面部と電槽内壁との間に空間を設
け、アルカリ電解液の量を１．５から２．０cm3／電池
容量１Ａｈとした構成の角形密閉式アルカリ蓄電池を単
電池とし、この単電池を２〜４０個直列および／または
並列に接続して単位電池とし、この単位電池は保持体に
よりその集合方向の両端の全面もしくは一部分が拘束さ
れている単位電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30638493A JP3293287B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 角形密閉式アルカリ蓄電池とその単位電池 |
| US08/264,500 US5601946A (en) | 1993-12-07 | 1994-06-23 | Rectangular sealed alkaline storage battery and module battery thereof |
| EP19940110213 EP0657952B1 (en) | 1993-12-07 | 1994-06-30 | Rectangular sealed alkaline storage battery and module battery thereof |
| DE1994621676 DE69421676T2 (de) | 1993-12-07 | 1994-06-30 | Verschlossener prismatischer alkalischer Akkumulator und daraus hergestellte Modularbatterie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30638493A JP3293287B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 角形密閉式アルカリ蓄電池とその単位電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07161377A true JPH07161377A (ja) | 1995-06-23 |
| JP3293287B2 JP3293287B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=17956379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30638493A Expired - Lifetime JP3293287B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 角形密閉式アルカリ蓄電池とその単位電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5601946A (ja) |
| EP (1) | EP0657952B1 (ja) |
| JP (1) | JP3293287B2 (ja) |
| DE (1) | DE69421676T2 (ja) |
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| WO2018198432A1 (ja) * | 2017-04-26 | 2018-11-01 | 株式会社豊田自動織機 | ニッケル水素蓄電池及びその製造方法 |
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| KR102249894B1 (ko) * | 2014-11-21 | 2021-05-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
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